溶解木浆中段废水深度处理中混凝剂的选择及优化

Posted 2023-01-12 水质

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溶解木浆中段废水先经模拟好氧生化系统处理后，采用混凝法进行深度处理试验。结果表明：硫酸铝适用于溶解木浆废水深度治理，并在废水处理效果及处理成本方面优于聚合氯化铝、聚合硫酸铁、氯化铁等无机絮凝剂。硫酸铝投加后pH值在6～7范围内，搭配阴离子PAM去除浊度的效果更明显。生化模拟试验出水作为混凝原水，先经预酸化再好氧生化水质的混凝处理效果优于好氧生化的水质：处理后出水COD<100mg/L，色度<50倍；单耗处理成本更低，处理成本降低0.264～0.44元。
溶解木浆是在制浆过程中除去了木素和半纤维素，只保留纤维素的高纯度精制化学浆，主要用于黏胶纤维制造。最近10年，由于黏胶纤维在质地上与棉花接近，舒适性、透气性、环保等各方面的优势，服装产品对黏胶纤维的需求增多，推动着溶解木浆需求的快速增长。溶解木浆中段废水CODCr800～2000mg/L，经好氧生化处理后，CODCr降至200～500mg/L，水质负荷仍相对较高，不能达到直接排放的标准。为解决这一问题，本试验采用了混凝沉淀深度处理工艺。混凝沉淀法是我国较早开发出的物理处理技术，具有过程简单、操作方便、效率高、投资少等优点，可有效地去除废水中的SS、色度、CODCr。混凝处理中为保障出水水质，水处理药耗成本不断上升，根据原水水质情况，选用合适的混凝剂已成为废水处理系统节能降耗的重要措施。寻找合适的絮凝剂(无机、有机)，选择最佳的投加条件，往往决定着后续流程的运行工况、出水水质、成本费用，对它的深入研究，在水处理的稳定运行中有着非常重要的意义。
1.试验部分
1.1废水水质
试验原水：一部分为本厂溶解木浆中段废水经模拟好氧生化系统处理后的水质；另一部分为溶解木浆中段废水先预水解再经模拟好氧生化系统处理后的水质。预水解试验条件采用：水解酸化池反应温度为38℃，水力停留时间6h，溶解氧控制在0.5mg/L左右，污泥克重5g/L，pH值6～7。模拟好氧生化试验条件：温度在35℃左右，溶解氧DO控制在2.5mg/L，污泥克重在2.0mg/L时，有机物与营养盐比值符合BOD∶N∶P=100∶5∶1，pH值为6.5～7.5，控制水力停留时间为24h。好氧生化出水水质指标情况如表1。

1.2测定方法及仪器
CODCr、SS、pH值的测定采用国家标准方法，BOD5采用德国WTWBOD5恒温箱检测，色度采用上润色度仪检测(以蒸馏水为标定水样)。
试验仪器：上海雷磁JB-3型定时恒温磁力搅拌器、上海理达pH计、HY-7012型COD恒温加热器、上润色度仪、德国WTWBOD5恒温箱等。
1.3药品
聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、氯化铁(FeCl3)、硫酸铝(Al2SO4.18H2O)、阴和阳离子聚丙烯酰胺，以上药品均为固体。
1.4试验过程
1.4.1选择优势无机絮凝剂
取试验废水500mL置于烧杯中，加入无机絮凝剂快速搅拌1min后，再加入2mg/L阳离子PAM并慢速搅拌2min，处理后废水经30min沉淀后取上清液进行检测分析。在相同水质、试验条件的情况下，对比几种混凝剂的处理效果及成本优势，选择出优势混凝剂。
1.4.2确定优势无机絮凝剂的最佳投加条件
(1)控制废水加药后的pH值，根据处理效果确定最佳反应pH值。
(2)在相同水质、相同投加量的条件下，对比阳离子PAM与阴离子PAM对水质处理效果的影响。
1.4.3工艺优化
为进一步节能降耗、挖潜增效，通过对比不同工艺处理后物化原水的混凝试验，根据处理效果及处理成本的差异，选择优势工艺。
2.结果与讨论
2.1优势混凝剂的选择
2.1.1四种无机絮凝剂处理废水效果的对比
试验采用PAC、PFS、FeCl3、Al2SO44种无机絮凝剂，以阳离子PAM为助凝剂研究混凝处理的效果。由于PAM价格昂贵，过多的投加不仅会使废水处理成本上升，而且PAM单体的毒性较大，容易在排水或排泥中引入二次污染。试验中PAM用量控制在2mg/L。混凝试验原水COD为282.4mg/L，色度350倍，pH值8.18。4种不同絮凝剂、不同用量对废水处理效果的影响见表2。

表2中，水质色度均为用滤膜过滤后检测的数值。由表2可知，4种絮凝剂对溶解浆生化废水的CODCr、色度均有一定的去除效果，这是因为混凝处理可将大部分的悬浮性物质和部分溶解性有机污染物从废水中分离出去，达到一定的处理效果。4种絮凝剂中，PFS的处理效果最好，当PFS用量为1000mg/L时，CODCr、色度除去率可达到65.8%和82.9%，增加药剂用量，CODCr、色度除去率均有提高，但增加幅度相对微弱。从表2中还可以看出Al2SO4.18H2O处理效果也相对较好，当Al2SO4.18H2O用量为1000mg/L时，CODCr、色度除去率也分别达到58%和85.7%。
2.1.2优势无机絮凝剂处理废水单耗成本对比
聚合硫酸铁(PFS)固体，铁含量>19%，价格1400元/吨；硫酸铝固体，Al2O3含量>15.6%，Fe含量为0.99%～1.0%，价格880元/吨。采用PFS和硫酸铝在一定水质、相同条件下处理模拟好氧生化出水，在保证二者色度或CODCr去除率基本相同的条件下，对比PFS和硫酸铝处理废水单耗成本的优越。
由图1可知，两种无机絮凝剂均随着CODCr去除率的升高，药品单耗处理成本相对增加。但是，在相同CODCr去除率的条件下，PFS处理废水水质的单耗成本均比硫酸铝高，并且随着CODCr去除率的升高，二者处理单耗成本的差距逐步增大，在CODCr去除率为59%左右时，硫酸铝比聚合硫酸铁单耗降低约0.35元。由图2可知，随着处理后水质色度的升高，药品处理单耗成本也逐步降低。处理后的水质在色度基本相同的条件下，PFS处理废水水质的单耗成本比硫酸铝相对较高，平均增高0.55元/吨废水。

通过几种絮凝剂处理效果及单耗成本的对比试验可得，PFS处理废水效果方面有一定优势，但在单耗处理成本方面不如硫酸铝。兼顾效果与成本的关系，本试验选定硫酸铝为优势无机絮凝剂。
2.2确定优势无机絮凝剂的最佳投加条件
2.2.1投加硫酸铝后，废水pH值对好氧生化出水去除率的影响试验过程中，控制硫酸铝投加量为1000mg/L，PAM投加量为2mg/L，废水温度为25℃(搅拌器控制)，控制相同转速、相同时间情况下，通过酸碱调整加药后废水pH值。经多次试验表明：当pH值为6～7时，混凝效果较好，此时絮凝作用主要是氢氧化铝聚合物的吸附架桥和羟基配合物的电中和作用。综合考虑，投加硫酸铝后水质最佳pH值为6～7。
2.2.2助凝剂PAM阴、阳离子对混凝处理水质的影响
因在试验过程中，为更好达到外观效果，需适量增加硫酸铝投加量，但经处理后的上清液随投加量的增加浊度也相对增加，外观颜色发白，不易沉微小悬浮物质增多，为解决此问题又进行了以下试验研究。在同一负荷原水中加入相同比例的硫酸铝，分别配用阴离子PAM与阳离子PAM，对处理后的水质进行相关指标的化验分析。
由表3可见，阴、阳离子PAM对处理后水质CODCr、色度影响的差别不大；但相同条件下阴离子去除浊度的效果更明显。使用阴离子PAM处理后的上清液水质清澈，在投药后水质pH值在5.5～7时，水质浊度随硫酸铝投加量的增多而减少。经大量试验证明，如果投加硫酸铝后水质pH值在5.5以下，再投加阴离子PAM絮凝效果较差，水质上清液浊度较高；如把5.5以下的pH值用碱调整至5.5～7时，再加入阴离子PAM则絮凝好，絮花大，沉降快，上清液清澈。

2.3不同物化原水混凝剂的投加比例及其处理效果
为进一步降低运行成本，稳定出水水质，现对溶解木浆中段废水采用先预酸化再好氧生化处理后，又进行硫酸铝的混凝沉淀试验。两种物化原水混凝沉淀后的效果对比如表4。

由表4可看出，废水经过预酸化再好氧生化的出水作为原水，其混凝沉淀比处理好氧生化出水效果更好：处理后水质COD<100mg/L，色度<50倍，处理单耗成本降低0.264～0.44元。
3.结论
3.1硫酸铝适用于溶解木浆废水深度处理，并在废水处理效果及处理成本方面优于聚合氯化铝、聚合硫酸铁、氯化铁等无机絮凝剂。
3.2在深度处理过程中，为保证较好的处理效果，硫酸铝投加后最佳pH值在6～7范围内，在此pH范围内搭配阴离子PAM比阳离子更有优势，相同条件下阴离子PAM去除浊度的效果更明显，处理后水质更清澈、透明。
3.3废水经过预酸化再好氧的出水作为混凝原水，投加硫酸铝搭配阴离子PAM作为混凝药品，处理后出水COD<100mg/L，色度<50倍，混凝处理单耗成本比处理好氧生化出水降低0.264～0.44元。